作業装置及び部品ピッキングシステム
【課題】マニプレータを用いた作業装置及び部品ピッキングシステムを提供する。
【解決手段】作業装置９は、マニプレータ１１と、マニプレータ１１の可動範囲内に配置された作業台１７と、作業台１７に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置１００と、２次元画像から部品の位置を最適に検出できる程度に予め設定された分量だけ、作業台１７に部品を供給する部品供給手段１１と、マニプレータ１１及び撮像装置１００の動作を制御する制御システム１５０とを備える。
【解決手段】作業装置９は、マニプレータ１１と、マニプレータ１１の可動範囲内に配置された作業台１７と、作業台１７に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置１００と、２次元画像から部品の位置を最適に検出できる程度に予め設定された分量だけ、作業台１７に部品を供給する部品供給手段１１と、マニプレータ１１及び撮像装置１００の動作を制御する制御システム１５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業装置及び部品ピッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２次元画像から山積み部品の輪郭線を求め、その輪郭線から輪郭線を構成する複数の構成線分を抽出し、その構成線分から部品を認識してロボットのハンドにより把持させるピッキングシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５５５８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、マニプレータ（マニピュレータ）を用いて作業を行う作業装置及び部品ピッキングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る作業装置は、マニプレータと、
前記マニプレータの可動範囲内に配置された作業台と、
前記作業台に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置と、
予め設定された分量だけ、前記作業台に部品を供給する部品供給手段と、
前記マニプレータ及び前記撮像装置の動作を制御する制御システムとを備え、
前記制御システムは、前記部品供給手段により前記分量の部品が前記作業台上に供給されると、該作業台上の部品の２次元画像を撮像するように前記撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記撮像装置によって撮像された２次元画像と予め記憶された部品のテンプレートとを照合して、前記作業台上の部品の位置及び姿勢を検出する部品検出部と、
前記マニプレータを動作させて前記部品検出部で検出された部品に対して作業を行なうマニプレータ制御部とを有する。
【０００６】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータを動作させて行う作業は、前記マニプレータが部品を把持して、予め設定された数量αだけ移載する移載作業とすることができる。
【０００７】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータ制御部は、前記部品検出部で検出された部品の数量が前記数量αより少ない場合には、
前記部品検出部で検出された部品の移載が終了した後、前記マニプレータを動作させて前記作業台上に残った部品を除去して、再度、１）前記部品供給手段を動作させて前記作業台に部品を供給し、２）前記撮像制御部及び前記部品検出部を動作させて該部品検出部で検出された部品を移載する動作を、移載した部品の数量が前記数量αに達するまで繰り返し実行することが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータは、旋回する胴体、並びに該胴体に設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する双腕マニプレータであって、該双腕マニプレータは前記部品供給手段も兼ねていることが好ましい。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る部品ピッキングシステムは、第１の発明に係る作業装置と、
複数の部品が種類毎に分けられてそれぞれ収容される複数の部品箱を格納する部品棚と、
部品を前記部品箱から掻き出す掻き出し具と、
内部が複数の区画に分けられた配膳箱が載せられる配膳台とを備え、
前記作業装置の前記双腕マニプレータは、前記第１のアームの先端に、第１の力覚センサを介して、部品をつまむ第１の把持爪及び前記掻き出し具を把持するツール把持部が設けられた第１のハンドと、前記第２のアームの先端に、第２の力覚センサを介して、前記部品箱を把持する第２の把持爪が設けられた第２のハンドとを有し、
前記双腕マニプレータは、前記第２の把持爪を用いて前記部品棚から前記部品箱を取り出して把持し、前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を用いて該部品箱から部品を前記作業台上に掻き出す掻き出し動作を行い、前記第１の把持爪を用いて該作業台上に掻き出された部品をつまんで、前記配膳台に載せられた前記配膳箱の予め決められた区画に移載する。
【００１０】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記掻き出し動作は、前記部品箱に前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を入れ、前記第１の力覚センサの出力が変化した位置から前記掻き出し具を予め決められた深さだけ挿し入れて部品を掻き出し、予め決められた量の部品が掻き出されなかった場合には、前記掻き出し具をより深く挿し入れて再度部品を掻き出す動作とすることが好ましい。
【００１１】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記予め決められた量は、前記第２の力覚センサの出力に基づいて求められることが好ましい。
【００１２】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳台、前記作業台、及び前記部品棚が、前記双腕マニプレータの胴体の旋回軸を中心とした円の周方向に、順に配置されることが好ましい。
また、例えば、双腕マニプレータを軌道上で移動可能に支持し、この軌道に沿って配膳台、作業台、及び部品棚のいずれか、又は全てが並べて配置されることも好ましい。
【００１３】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳箱の予め決められた区画に収容される部品の種類及び数の情報は、前記配膳箱に設けられた情報記憶手段に格納されることが好ましい。
【００１４】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記作業台は、一方向に傾動する傾動天板と、
前記傾動天板が傾動する側に設けられ、前記部品箱が載せられる部品箱スタンドと、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜４記載の作業装置においては、マニプレータを用いて作業台に載せられた部品に対する作業を行うことが可能である。
【００１６】
請求項５〜１０記載の部品ピッキングシステムにおいては、撮像装置と双腕マニプレータを用いて部品を移載することが可能である。
【００１７】
特に、請求項６記載の部品ピッキングシステムにおいては、２次元画像を処理する上で障害とならない程度の部品を掻き出すことが可能である。
【００１８】
請求項７記載の部品ピッキングシステムにおいては、専用のセンサを設けることなく、予め決められた部品の量を測定することが可能である。
【００１９】
請求項８記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、効率よく部品を移載することが可能である。
【００２０】
請求項９記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、配膳箱とその配膳箱に収納される部品との対応が明確となる。
【００２１】
請求項１０記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、専用の機構を設けることなく、部品を部品箱に戻すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る部品ピッキングシステムの平面図である。
【図２】同部品ピッキングシステムの正面図（図１に示す矢視Ａ）である。
【図３】同部品ピッキングシステムの側面図（図１に示す矢視Ｂ）である。
【図４】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータの左ハンドの斜視図である。
【図５】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータの右ハンドの斜視図である。
【図６】同部品ピッキングシステムに用いられる部品箱の斜視図である。
【図７】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータがボルトを掻き出す様子を示す説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータがボルトを掻き出す際の部品箱と掻き出し具を示す説明図である。
【図９】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ１〜Ｓ４）を示すフロー図である。
【図１０】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ１）の主要動作を示すフロー図である。
【図１１】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ２）の主要動作を示すフロー図である。
【図１２】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ３）の主要動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００２４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る部品ピッキングシステム１０は、作業装置９、配膳台１３、掻き出し具１５、及び複数の部品棚２０を備えている。そして、作業装置９は、双腕マニプレータ（マニプレータ及び部品供給手段の一例）１１、作業台１７、２次元カメラ（撮像装置の一例）１００、及び制御システム１５０の一例としての、ロボットコントローラ２２、システムコントローラ２４及び画像処理用コンピュータ２６を備えている。
本実施の形態では、制御システム１５０がロボットコントローラ２２、システムコントローラ２４及び画像処理用コンピュータ２６の３個の別体の演算装置により構成されているが、制御システム１５０を構成するコンピュータの台数等は適宜調整可能である。
【００２５】
そのうち、配膳台１３、作業台１７、及び部品棚２０は、双腕マニプレータ１１を中心として、時計回りに（円の周方向に）順に配置されている。特に各部品棚２０は、双腕マニプレータ１１の胴体１１ｃの旋回軸（双腕マニプレータ１１の設置面と交差する軸）ＡＸ１を中心とする、実質的に同一の円周上に配置されることが好ましい。このように配膳台１３、作業台１７、及び部品棚２０が配置されることで、双腕マニプレータ１１の動線が短くなり、双腕マニプレータ１１が効率的に動作する。
【００２６】
部品ピッキングシステム１０は、双腕マニプレータ１１を用いて、部品棚２０から必要な種類のボルト（部品の一例）を必要な数だけ取り出し、搬送台車１２上に積まれた配膳箱Ｂ１に収納することができる。
なお、部品ピッキングシステム１０は、図１〜図３に示すように、出入口に引き扉３０が設けられた防護壁３１によって囲われている。
【００２７】
双腕マニプレータ１１は、旋回可能な胴体１１ｃの左右にそれぞれ左腕（第１のアームの一例）１１ａ及び右腕（第２のアームの一例）１１ｂを有している。左腕１１ａ及び右腕１１ｂは、それぞれ例えば、７つの関節軸を有する多関節マニプレータである。
【００２８】
左腕１１ａの先端の手首フランジ３２ａには、図４に示すように、左力覚センサ（第１の力覚センサの一例）３３ａを介して左ハンド（第１のハンドの一例）３５ａが設けられている。この左ハンド３５ａは、ボルトをつまむ１対の把持爪（第１の把持爪の一例）３６と、後述する掻き出し具１５を把持する１対のツール把持部４１を有している。
把持爪３６は、手首フランジ３２ａの回転軸ＡＸｔａと交差するピック軸ＡＸｐ回りに回転し、その先端の向きを変えることができる。また、把持爪３６はピック軸ＡＸｐ方向に開閉可能に構成されている。把持爪３６はサーボモータ（不図示）により駆動され、ボルトをつまむ力が制御される。
ツール把持部４１は、各把持爪３６を支持する支持部４２に設けられている。従って、ツール把持部４１は、把持爪３６の開閉に合わせて開閉する。
【００２９】
一方、右腕１１ｂ先端の手首フランジ３２ｂには、図５に示すように、右力覚センサ（第２の力覚センサの一例）３３ｂを介して右ハンド３５ｂ（第２のハンドの一例）が設けられている。右ハンド３５ｂは、ボルトが入った部品箱Ｂ２を把持することができる。
この右ハンド３５ｂは、部品箱Ｂ２の背面を上下方向から挟んで把持する把持爪（第２の把持爪の一例）４４を有している。把持爪４４は、手首フランジ３２ｂの回転軸ＡＸｔｂと交差する開閉軸ＡＸｑ方向に開閉可能に構成されている。なお、図５は、把持爪４４が閉じた状態を示している。
なお、左力覚センサ３３ａ、右力覚センサ３３ｂは、ロボットコントローラ２２を介してシステムコントローラ２４に接続されている。
【００３０】
ここで、搬送台車１２について説明する。搬送台車１２は、双腕マニプレータ１１によって把持されたボルトを収納するための配膳箱Ｂ１を搬送することができる。
搬送台車１２は、台車フレーム５０と、台車フレーム５０に支持され、鉛直軸ＡＸ３回りに回転する回転テーブル５１とを有している。
【００３１】
台車フレーム５０の下部には、キャスタ（不図示）が設けられている。また、台車フレーム５０には、回転テーブル５１の回転角度を割り出す割り出し手段（不図示）と、回転テーブル５１の角度位置を固定する固定手段（不図示）が設けられている。
【００３２】
回転テーブル５１は、円形状の天板５２を有している。天板５２上には、天板５２の外周に沿って、例えば５箇所に複数の配膳箱Ｂ１を収容することができる。配膳箱Ｂ１は、天板５２から上方向に延びる複数のガイドポール５４によって水平方向の位置決めがなされ、例えば１０段積み上げられる。
ここで、配膳箱Ｂ１は、内部が複数の区画（配膳台１３に載っている配膳箱Ｂ１に示したように例えば４区画）に仕切られ、左右両側面に取手５６が設けられた容器である。配膳箱Ｂ１の上部には、背面に設けられたヒンジ５７によって回転可能に支持され、上方向に開く蓋５８が設けられている。蓋５８には、前側に突出した取手５９が設けられている。配膳箱Ｂ１は、例えば、樹脂製のパーツボックスである。配膳箱Ｂ１の各区画には、予め決められた種類のボルトが収容される。
配膳箱Ｂ１の背面には、その配膳箱Ｂ１の区画と、その区画に収納されるべきボルトの種類（例えば、径、長さ、及び材質）及びボルトの数とを対応付ける第１の対応情報が少なくとも格納された図示しない２次元バーコード（情報記憶手段の一例）が貼付されている。なお、２次元バーコードに代えて、１次元バーコードとしてもよい。従って、配膳箱Ｂ１に第１の対応情報が格納された２次元バーコードが直接貼付されているので、配膳箱Ｂ１とその配膳箱Ｂ１に収納されるべきボルトとの対応が明確となる。
【００３３】
また、天板５２には、上方向に延びるハンドルバー６１が複数設けられている。双腕マニプレータ１１は、このハンドルバー６１を左ハンド３５ａの支持部４２で掴んで、回転テーブル５１を鉛直軸ＡＸ３回りに回転させることができる。
更に、搬送台車１２には、バー６３が設けられ、作業者はこのバー６３を持って、搬送台車１２を移動させることができる。配膳箱Ｂ１が載った搬送台車１２は、作業者によって、引き扉３０が設けられた出入口から搬入出される。搬送台車１２は、所定位置に搬入されると、図示しないエアシリンダにより下方から持ち上げられる。その結果、キャスタが浮いた状態となって固定される。
【００３４】
配膳台１３は、双腕マニプレータ１１によって搬送台車１２から取り出された配膳箱Ｂ１が載せられる台である。双腕マニプレータ１１によって部品棚２０に格納された部品箱Ｂ２から取り出されたボルトは、この配膳台１３に載った配膳箱Ｂ１に移載（作業の一例）される。
配膳台１３には、配膳箱Ｂ１が配膳台１３に載せられたことを検出するための在荷センサ（不図示）、配膳台１３に載っている配膳箱Ｂ１の蓋５８の開閉状態を検知するための開閉検知センサ（不図示）、及び配膳箱Ｂ１に設けられた２次元バーコードを読み取るバーコードリーダ（不図示）が設けられている。在荷センサ、開閉検知センサ、及びバーコードリーダは、システムコントローラ２４に接続されている。
また、配膳台１３には、配膳箱Ｂ１の蓋５８を支持する支持部材７０が設けられている。
【００３５】
掻き出し具１５は、双腕マニプレータ１１が部品箱Ｂ２に収容されたボルトを作業台１７上に掻き出すためのツールである。掻き出し具１５は、柄７２と、柄７２の先に設けられた掻き爪７３を有している。掻き爪７３は、根元から先端にかけて湾曲した複数の金属棒により形成されている（図７参照）。柄７２には、左ハンド３５ａのツール把持部４１が把持するためのアダプタ（不図示）が取り付けられている。
掻き出し具１５は、スタンド７５に載せられる。
【００３６】
作業台１７は、双腕マニプレータ１１の可動範囲内に配置され、双腕マニプレータ１１が、部品箱Ｂ２から掻き出したボルトをつまむための台である。
作業台１７は、掻き出されたボルトが載せられる傾動天板８０及び部品箱Ｂ２を仮置きするための部品箱スタンド９０を有している。この傾動天板８０は、例えば、矩形状の板材である。傾動天板８０は、傾動天板８０の長手方向と交差し、傾動天板８０の一端側に設けられた略水平の回転軸ＡＸ４回りに回転することができる。
部品箱スタンド９０は、傾動天板８０の回転軸ＡＸ４が設けられている側の横に設けられている。
従って、双腕マニプレータ１１が、傾動天板８０の他端側を持ち上げると、傾動天板８０は回転軸ＡＸ４を支点にして傾き、その上に載っていたボルトが、部品箱スタンド９０に仮置きされた部品箱Ｂ２に戻るように構成されている。
なお、この部品箱スタンド９０には、部品箱Ｂ２が載せられたことを検出するための在荷センサ（不図示）が設けられている。
【００３７】
２次元カメラ１００は、傾動天板８０の上方に設けられ、作業台１７に載せられたボルトの２次元画像を撮像することができる。２次元カメラ１００は、例えば、画素数４００万画素の２次元モノクロカメラである。
２次元カメラ１００は、スタンド１０５によって、上下方向位置が調整可能に支持される。
なお、スタンド１０５には、２次元カメラ１００の撮像照度を確保するための照明装置１０１が設けられている。
２次元カメラ１００は、画像処理用コンピュータ２６に接続されている。２次元カメラ１００が撮像した画像は、画像処理用コンピュータ２６に送信される。また、２次元カメラ１００はシステムコントローラ２４とも接続されており、システムコントローラ２４により撮像動作等が制御されるようになっている。即ち、システムコントローラ２４は、２次元カメラ１００を制御する撮像制御部の一例として構成されている。
【００３８】
部品棚２０は、部品箱Ｂ２が複数格納される棚である。この部品棚２０は、上下左右方向に複数の区画に仕切られ、前後方向に開口している。従って、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０の前側から部品箱Ｂ２を引き出すことも、作業者が、部品棚２０の後側から部品箱Ｂ２を引き出すこともできる。
【００３９】
ここで、部品箱Ｂ２は、図６に示すように、左右の側面板１２０ａ、１２０ｂ及び背面板１２０ｃが矩形状の底面板１２１の左右及び後ろの縁からそれぞれ上方へと延びて形成されている。前面板１２０ｄは、前方に傾斜し、底面板１２１の縁からその先端までの長さが、左右の側面板１２０ａ、１２０ｂ及び背面板１２０ｃよりも短い。即ち、部品箱Ｂ２は、上面と、前面の上側が開口している。なお、詳細は後述するが、双腕マニプレータ１１により、この前面側からボルトが掻き出される。
【００４０】
各部品棚２０は、例えば左右２列５段の区画に仕切られ、各区画に異なる種類のボルトが入った部品箱Ｂ２が格納される。従って、各部品棚２０が２列５段の区画に仕切られている場合、図１に示す部品ピッキングシステム１０全体としては、部品棚２０は、合計６０種類のボルトを格納することができる。
【００４１】
部品箱Ｂ２は、背面側が双腕マニプレータ１１の方向を向くように（部品箱Ｂ２の前面側が部品ピッキングシステム１０の外側を向くように）格納される。どの区画にどの種類のボルトが入った部品箱Ｂ２が格納されているかを示す第２の対応情報は、予めシステムコントローラ２４に記憶されている。
ここで、システムコントローラ２４に第２の対応情報を記憶させる手順について、詳細に説明する。
この第２の対応情報を記憶させる際のジョブとして、各区画の位置を含む双腕マニプレータ１１の動作教示データがロボットコントローラ２２に記憶されている。
一方、部品棚２０に格納された各部品箱Ｂ２には、収納されるボルトの種類の情報を含むバーコード（又は二次元バーコードでもよい）が貼付されている。双腕マニプレータ１１は、前述の配膳台１３に設けられたバーコードリーダに各部品箱Ｂ２のバーコードを読み取らせる。その後、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２を動作教示データに従って、各区画に部品箱Ｂ２を収納する。この際に、部品箱Ｂ２に付与されたバーコードの情報（少なくともボルトの種類の情報を含む情報）と各区画の位置とが対応づけられ、第２の対応情報としてシステムコントローラ２４に記憶される。
【００４２】
部品棚２０の後側の各区画の横には、部品箱Ｂ２内のボルトが予め決められた量よりも少なくなったことを示すランプ（不図示）が設けられている。作業者は、このランプが点灯している場合には、該当する部品箱Ｂ２を部品棚２０の後側から引き出し、ボルトを補充することができる。
【００４３】
ロボットコントローラ２２は、マニプレータ制御部の一例として構成される。ロボットコントローラ２２は、双腕マニプレータ１１に接続され、双腕マニプレータ１１の動作を制御することができる。
【００４４】
システムコントローラ２４は、ロボットコントローラ２２に接続され、部品ピッキングシステム１０の全体の制御を行うことができる。特に、システムコントローラ２４は、前述のランプの点灯を制御することができる。
また、作業者は、タッチパネル１１０（図３参照）を介してシステムコントローラ２４を操作することができる。システムコントローラ２４は、例えば、プログラマブルロジックコントローラを備えている。
【００４５】
画像処理用コンピュータ２６は、部品検出部の一例として構成される。画像処理用コンピュータ２６は、２次元カメラ１００及びシステムコントローラ２４に接続され、主として、２次元カメラ１００によって撮像された画像を処理することができる。
【００４６】
次に、部品ピッキングシステム１０によるボルトピッキング方法について説明する。このボルトピッキング方法は、図９に示すように、大きくステップＳ１〜Ｓ４に分かれている。ステップＳ１は、双腕マニプレータ１１が配膳箱Ｂ１を搬送台車１２から配膳台１３に移動させるステップである。ステップＳ２は、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０のボルトを配膳箱Ｂ１に移載するステップである。ステップＳ３は、双腕マニプレータ１１が、ボルトが移載された配膳箱Ｂ１を返却するステップである。ステップＳ４は、動作を停止するか否かを判断するステップである。以下、各ステップＳ１〜Ｓ４について順に説明する。
（事前準備）
作業者が、空の配膳箱Ｂ１が載せられた搬送台車１２を出入口から搬入する。前述のように、この搬送台車１２の天板５２には、外周に沿って、例えば５列に配膳箱Ｂ１を積むことができる。ただし、図１に示すように、そのうち少なくとも１箇所（配膳箱１列分の置き場所）は、ボルトが収納された配膳箱Ｂ１を戻すために空けられている。搬入後、搬送台車１２はエアシリンダ（不図示）により持ち上げられ、固定される。作業者は、タッチパネル１１０（図３参照）を操作して、部品ピッキングシステム１０全体を起動する。
【００４７】
（ステップＳ１）
まず、図１０に示す、双腕マニプレータ１１が配膳箱Ｂ１を配膳台１３に移動させるステップＳ１について説明する。なお、図１０は、主要動作のみを示している。
（ステップＳ１−１）
システム起動後、双腕マニプレータ１１は、搬送台車１２上の配膳箱Ｂ１の認識動作を行う。
まず、双腕マニプレータ１１が左ハンド３５ａの支持部４２を使って搬送台車１２のハンドルバー６１を掴む。双腕マニプレータ１１は、天板５２を回転させて、ボルトを収納する空の配膳箱Ｂ１を予め決められた位置まで移動させる。
次に、双腕マニプレータ１１は、右腕１１ｂの右ハンド３５ｂを搬送台車１２に積まれた配膳箱Ｂ１の上方に移動させて停止し、その位置から右ハンド３５ｂを下方へ下ろす。右ハンド３５ｂが配膳箱Ｂ１と接触すると、右力覚センサ３３ｂの出力信号が変化するので、この変化した位置が最上段の配膳箱Ｂ１の位置であると認識することができる。なお、配膳箱Ｂ１の大きさ及び天板５２の高さ位置は、予め分かっているので、最上段の配膳箱Ｂ１の位置が分かれば、積まれた配膳箱Ｂ１の数を知ることができる。
以上の認識動作を各列について繰り返し、システムコントローラ２４は、配膳箱Ｂ１の合計数及び回転テーブル５１上の各列の配膳箱Ｂ１の小計をロボットコントローラ２２を介して認識する。
このように、配膳箱Ｂ１は、専用のセンサを用いることなく、その位置と数が認識される。
【００４８】
（ステップＳ１−２）
双腕マニプレータ１１が、左右のハンド３５ａ、３５ｂを使って配膳箱Ｂ１の取手５６を把持し、ガイドポール５４に沿って、配膳箱Ｂ１をガイドポール５４の先端よりも高く持ち上げる。
次に、双腕マニプレータ１１は、胴体１１ｃを旋回させると共に配膳箱Ｂ１を下方に移動させ、配膳箱Ｂ１を配膳台１３の上に載せる。
【００４９】
（ステップＳ１−３）
配膳台１３に設けられた在荷センサが配膳箱Ｂ１を検出した場合には、システムコントローラ２４は、配膳箱Ｂ１が配膳台１３の上に正常に載せられたものと判断し、次のステップを実行する。
一方、在荷センサが配膳箱Ｂ１を検出しなかった場合には、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理（例えば、一時停止処理）を実行する。
【００５０】
（ステップＳ１−４）
双腕マニプレータ１１が左ハンド３５ａの把持爪３６を蓋５８の取手５９の下面に当て、上方へ移動させることにより、蓋５８を開ける。蓋５８は、蓋５８が閉じた状態から、例えば１００〜１４０度の角度開いた状態で支持部材７０により支持される。
【００５１】
（ステップＳ１−５）
配膳台１３に設けられた開閉検知センサが蓋５８が開いたことを検知した場合には、システムコントローラ２４は、蓋５８が正常に開けられたものと判断し、次のステップを実行する。
一方、開閉検知センサが蓋５８が開いたことを検知しなかった場合には、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理を実行する。
【００５２】
（ステップＳ１−６）
バーコードリーダが配膳箱Ｂ１に貼付された２次元バーコードを読み取る。読み取られた情報（前述の第１の対応情報）は、システムコントローラ２４に送られる。
第１の対応情報を受け取らなかった場合、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理を実行する。
【００５３】
（ステップＳ２）
次に、図１１に示す、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０のボルトを配膳台１３上の配膳箱Ｂ１に移載するステップＳ２について説明する。なお、図１１は、主要動作のみを示している。
（ステップＳ２−１）
システムコントローラ２４は、受け取った第１の対応情報に基づいて、配膳台１３に置かれている配膳箱Ｂ１の各区画に収納すべきボルトの種類及び数の情報を把握する。
【００５４】
（ステップＳ２−２）
システムコントローラ２４は、ロボットコントローラ２２に対し、該当する種類のボルトが入った部品箱Ｂ２を取りに行くよう、指令を出す。
ロボットコントローラ２２は、この指令に基づいて双腕マニプレータ１１を制御する。双腕マニプレータ１１は、ロボットコントローラ２２からの指令に従い、胴体１１ｃを旋回させて、部品棚２０の予め決められた区画に格納された該当する部品箱Ｂ２を取りに行く。具体的には、双腕マニプレータ１１は、右ハンド３５ｂの把持爪４４により、部品箱Ｂ２の背面板１２０ｃを上下方向から把持し、手前側に引き出して取り出す。
その後、右力覚センサ３３ｂを用いて、部品箱Ｂ２内のボルトの重量が測定される。部品ピッキングシステム１０が起動されてから最初に双腕マニプレータ１１が把持した部品箱Ｂ２の重量は初期重量として、システムコントローラ２４に記憶される。
【００５５】
（ステップＳ２−３）
双腕マニプレータ１１は、胴体１１ｃを旋回させ、作業台１７に正対する。把持している部品箱Ｂ２の前面側を下げ、部品箱Ｂ２を作業台１７の傾動天板８０の上方で傾けた状態で保持する。
【００５６】
（ステップＳ２−４）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａのツール把持部４１を用いて、スタンド７５上に置かれた掻き出し具１５を把持する。
【００５７】
（ステップＳ２−５）
双腕マニプレータ１１は、掻き出し具１５を用いて、部品箱Ｂ２内のボルトを傾動天板８０の上に掻き出す掻き出し動作（図７参照）を行う。ここで、この掻き出し動作について詳細に説明する。なお、図７は、双腕マニプレータ１１がボルトを掻き出す様子を模式化して示し、掻き出し具１５を把持する左ハンド３５ａ及び部品箱Ｂ２を把持する右ハンド３５ｂは、省略されている。
まず、双腕マニプレータ１１が最初の掻き出し動作を行う際は、ボルトが部品箱Ｂ２の底面からどの程度の高さまで入っているか、正確には把握されていない。そこで、左力覚センサ３３ａの出力値を監視しながら部品箱Ｂ２に掻き出し具１５を入れ、左力覚センサ３３ａの出力値が変化した位置、即ち、掻き出し具１５がボルトに接触した位置を、部品箱Ｂ２の底面からの基準高さｈ０とする（図８（Ａ）参照）。双腕マニプレータ１１は、この基準高さｈ０から予め決められた深さ（例えば、０〜５ｍｍ）だけ更に掻き出し具１５を挿し入れて、部品箱Ｂ２の前面側へ動かしてボルトを掻き出す。掻き出すための力加減は、左腕１１ａに設けられた左力覚センサ３３ａの計測値に基づいて調整される。傾動天板８０上のボルトは、後述するように２次元カメラ１００によって撮像され、画像処理される。そのため、ボルトが互いに重なると、２次元画像中のボルトの位置及び姿勢の検出が困難又は不可能となる。従って、掻き出されたボルトは、傾動天板８０上で互いに重ならない程度に散らばっていることが好ましい。本実施の形態においては、２次元画像から位置及び姿勢を最適に検出できる程度のボルトの分量を予め実験等により求めて設定しておき、この予め設定されたボルトの分量だけ、左力覚センサ３３ａの出力値に基づいて掻き出すので、ボルトが傾動天板８０上で重なる可能性を抑制して、２次元画像からより多くのボルトの位置及び姿勢を検出することができる。
このように、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２からボルトを掻き出して作業台１７に供給する部品供給手段として機能することができる。
【００５８】
（ステップＳ２−６）
１回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。なお、この予め決められた量は、右力覚センサ３３ｂの出力に基づいて求められる。従って、例えば重量計のような専用のセンサを設けることなく、予め決められたボルトの量を測定することができる。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、２回目の掻き出し動作を行う。
２回目の掻き出し動作を行う際には、１回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れ、高さｈ１の位置で掻き出す（図８（Ｂ）参照）。
【００５９】
（ステップＳ２−７）
２回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、３回目の掻き出し動作を行う。
３回目の掻き出し動作を行う際には、２回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れて掻き出す。
【００６０】
（ステップＳ２−８）
３回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、４回目の掻き出し動作を行う。
４回目の掻き出し動作を行う際には、３回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れて掻き出す。
４回目の掻き出し動作を行った後は、掻き出されたボルトが予め決められた量となったか否かに関わらず、次のステップＳ２−９が実行される。なお、本実施の形態においては、掻き出し動作は４回を上限としているが、任意の回数に設定することができる。
（ステップＳ２−９）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａで把持した掻き出し具１５をスタンド７５に返却する。
【００６１】
（ステップＳ２−１０）
傾動天板８０上に掻き出された同一種類のボルトは、システムコントローラ２４が制御する２次元カメラ１００によって撮像される。撮像されたボルトの２次元画像は、画像処理用コンピュータ２６によって、例えばエッジ検出され、予め記憶されたボルトのテンプレートと照合することによって、傾動天板８０上に散っている各ボルトの位置及び姿勢が求められる。
ロボットコントローラ２２は、システムコントローラ２４を介して、求められた各ボルトの位置及び姿勢を受け取る。
【００６２】
（ステップＳ２−１１）
ロボットコントローラ２２は、各ボルトの位置及び姿勢に基づいて、双腕マニプレータ１１（左ハンド３５ａの把持爪３６）を動作させる。双腕マニプレータ１１は、把持爪３６をピック軸ＡＸｐ回りに回転させ、適宜ボルトをつまみ易い向きに変更して、把持爪３６にて傾動天板８０上のボルトをつまむ。続いて、双腕マニプレータ１１は、２次元バーコードから読み取られた第１の対応情報に基づいて、つまんだボルトを配膳箱Ｂ１内部の予め決められた区画（第１の対応情報によって対応付けられた区画）に移載する。
本ステップは、第１の対応情報に含まれるボルトの数量分繰り返され、同一種類のボルトが、予め決められた区画に予め設定された数量分収められる。
また、左ハンド３５ａによってボルトを移載している間、右ハンド３５ｂによって把持されていた部品箱Ｂ２は、作業台１７の部品箱スタンド９０に仮置きされる。
なお、部品箱スタンド９０の在荷センサによって、部品箱Ｂ２が置かれていないと判断された場合には、双腕マニプレータ１１は、動作を一時停止する。
本ステップは、移載動作停止条件を満たすまで繰り返される。この移載動作停止条件は、１）２次元バーコードによって指示された数のボルトが配膳箱Ｂ１に収納されること、又は２）途中で傾動天板８０上のボルトが不足すること、である。
【００６３】
（ステップＳ２−１２）
移載動作停止条件を満たした場合、双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａの支持部４２を使って傾動天板８０を掴み、回転軸ＡＸ４回りに傾動天板８０を回転させて傾ける。これにより、傾動天板８０上のボルトが部品箱スタンド９０上の部品箱Ｂ２に戻される。その際、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２が動かないように、右ハンド３５ｂにて部品箱Ｂ２を押さえる。
このように、双腕マニプレータ１１が傾動天板８０を傾けてボルトを部品箱Ｂ２に戻すので、ボルトを部品箱Ｂ２に戻すための専用の機構を設ける必要がない。
【００６４】
（ステップＳ２−１３）
２次元バーコードによって指示された数のボルトが配膳箱Ｂ１に収納されて停止した場合（移載動作停止条件１）を満たした場合）には、次のステップＳ２−１４が実行される。
一方、途中で傾動天板８０上のボルトが不足した場合（移載動作停止条件２）を満たした場合）には、ステップＳ２−４にて掻き出し具１５を把持し、ステップＳ２−５以降が数量が第１の対応情報に含まれるボルトの数量に達するまで繰り返し実行される。
【００６５】
（ステップＳ２−１４）
双腕マニプレータ１１は、右ハンド３５ｂにて部品箱Ｂ２を把持し、この部品箱Ｂ２を元の部品棚２０に返却する。最後のボルトを配膳箱Ｂ１に移載後、部品箱Ｂ２を元の部品棚２０に格納する前に、システムコントローラ２４は、右腕１１ｂの右力覚センサ３３ｂの出力信号に基づいて、その部品箱Ｂ２に残っているボルトの重量を測定する。従って、例えば重量計のような専用のセンサを設けることなく、部品箱Ｂ２に残っているボルトの重量を測定することができる。
残ったボルトの重量が、予め決められた値よりも小さいと判断した場合には、システムコントローラ２４は、部品棚２０の該当するランプを点灯させる。例えば、ステップＳ２−２において記憶した初期重量の８０％以下となった場合に、システムコントローラ２４は、該当するランプを点灯させる。これにより、作業者は、部品箱Ｂ２内のボルトを補充する時期を確認することができる。
【００６６】
（ステップＳ２−１５）
システムコンロトーラ２４は、配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載されたか否かを判断する。
配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載された場合には、次のステップＳ３が実行される。
配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載されていない場合には、双腕マニプレータ１１は、別の種類のボルトを配膳箱Ｂ１へ移載するため、ステップＳ２−２〜ステップＳ２−１４を繰り返す。
【００６７】
（ステップＳ３）
次に、図１２に示す、双腕マニプレータ１１が、ボルトが移載された配膳箱Ｂ１を返却するステップＳ３について説明する。
（ステップＳ３−１）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａの把持爪３６を下向きに曲げる。双腕マニプレータ１１は、この把持爪３６を支持部材７０に支持された蓋５８の取手５９に当て、手前側へ移動させることにより、蓋５８を閉める。
【００６８】
（ステップＳ３−２）
搬送台車１２の空きスペースに配膳箱Ｂ１を置くため、双腕マニプレータ１１は左ハンド３５ａを使ってハンドルバー６１を掴み、回転テーブル５１の天板５２を回転させて、予め決められた位置まで移動させる。
双腕マニプレータ１１が、左右のハンド３５ａ、３５ｂを使って配膳箱Ｂ１の取手５６を把持し、配膳箱Ｂ１を持ち上げながら搬送台車１２の方向に胴体１１ｃを旋回させる。双腕マニプレータ１１は、ガイドポール５４に沿って、配膳箱Ｂ１を降ろし、回転テーブル５１の天板５２に置く。
【００６９】
（ステップＳ４）
ステップＳ３−２が完了後、部品ピッキングシステム１０は、搬送台車１２に載せられた全ての配膳箱Ｂ１についてステップＳ１−２〜ステップＳ３−２を繰り返す（図９参照）。
【００７０】
このように、ステップＳ１〜Ｓ４を経て、部品ピッキングシステム１０は、２次元カメラ１００と双腕マニプレータ１１を用いて、部品棚２０から必要な種類のボルトを予め設定された数量だけ取り出し、搬送台車１２上に載せられた配膳箱Ｂ１に収納することができる。なお、前述の一連の動作は、順次行わずに、可能な場合には並行して行ってもよい。
ボルトが収納された配膳箱Ｂ１が載せられた搬送台車１２は、出入口から搬出される。
【００７１】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７２】
配膳箱Ｂ１は、搬送台車１２によって搬送されているが、コンベヤによって搬送されてもよい。
情報記憶手段は、２次元バーコードに限られるものではない。情報記憶手段の他の例として、ＩＣタグが挙げられ、バーコードリーダに代えて、ＩＣタグリーダとすることができる。
部品は、ボルトに限られるものではないことは明らかである。他の部品の一例として、電子部品が挙げられる。
左腕１１ａ及び右腕１１ｂは、７軸の多関節マニプレータに限定されるものではなく、７軸以上の多関節マニプレータであればよい。
また、前述の実施の形態における双腕マニプレータ１１は、部品供給手段の一例としても構成されている。しかし、部品の移載作業を行うマニプレータとは別に、作業台上に部品を供給する部品供給手段を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
９：作業装置、１０：部品ピッキングシステム、１１：双腕マニプレータ、１１ａ：左腕、１１ｂ：右腕、１１ｃ：胴体、１２：搬送台車、１３：配膳台、１５：掻き出し具、１７：作業台、２０：部品棚、２２：ロボットコントローラ、２４：システムコントローラ、２６：画像処理用コンピュータ、３０：引き扉、３１：防護壁、３２ａ：手首フランジ、３２ｂ：手首フランジ、３３ａ：左力覚センサ、３３ｂ：右力覚センサ、３５ａ：左ハンド、３５ｂ：右ハンド、３６：把持爪、４１：ツール把持部、４２：支持部、４４：把持爪、５０：台車フレーム、５１：回転テーブル、５２：天板、５４：ガイドポール、５６：取手、５７：ヒンジ、５８：蓋、５９：取手、６１：ハンドルバー、６３：バー、７０：支持部材、７２：柄、７３：掻き爪、７５：スタンド、８０：傾動天板、９０：部品箱スタンド、１００：２次元カメラ、１０１：照明装置、１０５：スタンド、１１０：タッチパネル、１２０ａ：側面板、１２０ｂ：側面板、１２０ｃ：背面板、１２０ｄ：前面板、１２１：底面板、１５０：制御システム、Ｂ１：配膳箱、Ｂ２：部品箱
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業装置及び部品ピッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２次元画像から山積み部品の輪郭線を求め、その輪郭線から輪郭線を構成する複数の構成線分を抽出し、その構成線分から部品を認識してロボットのハンドにより把持させるピッキングシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５５５８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、マニプレータ（マニピュレータ）を用いて作業を行う作業装置及び部品ピッキングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る作業装置は、マニプレータと、
前記マニプレータの可動範囲内に配置された作業台と、
前記作業台に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置と、
予め設定された分量だけ、前記作業台に部品を供給する部品供給手段と、
前記マニプレータ及び前記撮像装置の動作を制御する制御システムとを備え、
前記制御システムは、前記部品供給手段により前記分量の部品が前記作業台上に供給されると、該作業台上の部品の２次元画像を撮像するように前記撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記撮像装置によって撮像された２次元画像と予め記憶された部品のテンプレートとを照合して、前記作業台上の部品の位置及び姿勢を検出する部品検出部と、
前記マニプレータを動作させて前記部品検出部で検出された部品に対して作業を行なうマニプレータ制御部とを有する。
【０００６】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータを動作させて行う作業は、前記マニプレータが部品を把持して、予め設定された数量αだけ移載する移載作業とすることができる。
【０００７】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータ制御部は、前記部品検出部で検出された部品の数量が前記数量αより少ない場合には、
前記部品検出部で検出された部品の移載が終了した後、前記マニプレータを動作させて前記作業台上に残った部品を除去して、再度、１）前記部品供給手段を動作させて前記作業台に部品を供給し、２）前記撮像制御部及び前記部品検出部を動作させて該部品検出部で検出された部品を移載する動作を、移載した部品の数量が前記数量αに達するまで繰り返し実行することが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る作業装置において、前記マニプレータは、旋回する胴体、並びに該胴体に設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する双腕マニプレータであって、該双腕マニプレータは前記部品供給手段も兼ねていることが好ましい。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る部品ピッキングシステムは、第１の発明に係る作業装置と、
複数の部品が種類毎に分けられてそれぞれ収容される複数の部品箱を格納する部品棚と、
部品を前記部品箱から掻き出す掻き出し具と、
内部が複数の区画に分けられた配膳箱が載せられる配膳台とを備え、
前記作業装置の前記双腕マニプレータは、前記第１のアームの先端に、第１の力覚センサを介して、部品をつまむ第１の把持爪及び前記掻き出し具を把持するツール把持部が設けられた第１のハンドと、前記第２のアームの先端に、第２の力覚センサを介して、前記部品箱を把持する第２の把持爪が設けられた第２のハンドとを有し、
前記双腕マニプレータは、前記第２の把持爪を用いて前記部品棚から前記部品箱を取り出して把持し、前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を用いて該部品箱から部品を前記作業台上に掻き出す掻き出し動作を行い、前記第１の把持爪を用いて該作業台上に掻き出された部品をつまんで、前記配膳台に載せられた前記配膳箱の予め決められた区画に移載する。
【００１０】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記掻き出し動作は、前記部品箱に前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を入れ、前記第１の力覚センサの出力が変化した位置から前記掻き出し具を予め決められた深さだけ挿し入れて部品を掻き出し、予め決められた量の部品が掻き出されなかった場合には、前記掻き出し具をより深く挿し入れて再度部品を掻き出す動作とすることが好ましい。
【００１１】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記予め決められた量は、前記第２の力覚センサの出力に基づいて求められることが好ましい。
【００１２】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳台、前記作業台、及び前記部品棚が、前記双腕マニプレータの胴体の旋回軸を中心とした円の周方向に、順に配置されることが好ましい。
また、例えば、双腕マニプレータを軌道上で移動可能に支持し、この軌道に沿って配膳台、作業台、及び部品棚のいずれか、又は全てが並べて配置されることも好ましい。
【００１３】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳箱の予め決められた区画に収容される部品の種類及び数の情報は、前記配膳箱に設けられた情報記憶手段に格納されることが好ましい。
【００１４】
第２の発明に係る部品ピッキングシステムにおいて、前記作業台は、一方向に傾動する傾動天板と、
前記傾動天板が傾動する側に設けられ、前記部品箱が載せられる部品箱スタンドと、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜４記載の作業装置においては、マニプレータを用いて作業台に載せられた部品に対する作業を行うことが可能である。
【００１６】
請求項５〜１０記載の部品ピッキングシステムにおいては、撮像装置と双腕マニプレータを用いて部品を移載することが可能である。
【００１７】
特に、請求項６記載の部品ピッキングシステムにおいては、２次元画像を処理する上で障害とならない程度の部品を掻き出すことが可能である。
【００１８】
請求項７記載の部品ピッキングシステムにおいては、専用のセンサを設けることなく、予め決められた部品の量を測定することが可能である。
【００１９】
請求項８記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、効率よく部品を移載することが可能である。
【００２０】
請求項９記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、配膳箱とその配膳箱に収納される部品との対応が明確となる。
【００２１】
請求項１０記載の部品ピッキングシステムにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べて、専用の機構を設けることなく、部品を部品箱に戻すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る部品ピッキングシステムの平面図である。
【図２】同部品ピッキングシステムの正面図（図１に示す矢視Ａ）である。
【図３】同部品ピッキングシステムの側面図（図１に示す矢視Ｂ）である。
【図４】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータの左ハンドの斜視図である。
【図５】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータの右ハンドの斜視図である。
【図６】同部品ピッキングシステムに用いられる部品箱の斜視図である。
【図７】同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータがボルトを掻き出す様子を示す説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、同部品ピッキングシステムが備える双腕マニプレータがボルトを掻き出す際の部品箱と掻き出し具を示す説明図である。
【図９】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ１〜Ｓ４）を示すフロー図である。
【図１０】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ１）の主要動作を示すフロー図である。
【図１１】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ２）の主要動作を示すフロー図である。
【図１２】同部品ピッキングシステムのボルトピッキング方法（ステップＳ３）の主要動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００２４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る部品ピッキングシステム１０は、作業装置９、配膳台１３、掻き出し具１５、及び複数の部品棚２０を備えている。そして、作業装置９は、双腕マニプレータ（マニプレータ及び部品供給手段の一例）１１、作業台１７、２次元カメラ（撮像装置の一例）１００、及び制御システム１５０の一例としての、ロボットコントローラ２２、システムコントローラ２４及び画像処理用コンピュータ２６を備えている。
本実施の形態では、制御システム１５０がロボットコントローラ２２、システムコントローラ２４及び画像処理用コンピュータ２６の３個の別体の演算装置により構成されているが、制御システム１５０を構成するコンピュータの台数等は適宜調整可能である。
【００２５】
そのうち、配膳台１３、作業台１７、及び部品棚２０は、双腕マニプレータ１１を中心として、時計回りに（円の周方向に）順に配置されている。特に各部品棚２０は、双腕マニプレータ１１の胴体１１ｃの旋回軸（双腕マニプレータ１１の設置面と交差する軸）ＡＸ１を中心とする、実質的に同一の円周上に配置されることが好ましい。このように配膳台１３、作業台１７、及び部品棚２０が配置されることで、双腕マニプレータ１１の動線が短くなり、双腕マニプレータ１１が効率的に動作する。
【００２６】
部品ピッキングシステム１０は、双腕マニプレータ１１を用いて、部品棚２０から必要な種類のボルト（部品の一例）を必要な数だけ取り出し、搬送台車１２上に積まれた配膳箱Ｂ１に収納することができる。
なお、部品ピッキングシステム１０は、図１〜図３に示すように、出入口に引き扉３０が設けられた防護壁３１によって囲われている。
【００２７】
双腕マニプレータ１１は、旋回可能な胴体１１ｃの左右にそれぞれ左腕（第１のアームの一例）１１ａ及び右腕（第２のアームの一例）１１ｂを有している。左腕１１ａ及び右腕１１ｂは、それぞれ例えば、７つの関節軸を有する多関節マニプレータである。
【００２８】
左腕１１ａの先端の手首フランジ３２ａには、図４に示すように、左力覚センサ（第１の力覚センサの一例）３３ａを介して左ハンド（第１のハンドの一例）３５ａが設けられている。この左ハンド３５ａは、ボルトをつまむ１対の把持爪（第１の把持爪の一例）３６と、後述する掻き出し具１５を把持する１対のツール把持部４１を有している。
把持爪３６は、手首フランジ３２ａの回転軸ＡＸｔａと交差するピック軸ＡＸｐ回りに回転し、その先端の向きを変えることができる。また、把持爪３６はピック軸ＡＸｐ方向に開閉可能に構成されている。把持爪３６はサーボモータ（不図示）により駆動され、ボルトをつまむ力が制御される。
ツール把持部４１は、各把持爪３６を支持する支持部４２に設けられている。従って、ツール把持部４１は、把持爪３６の開閉に合わせて開閉する。
【００２９】
一方、右腕１１ｂ先端の手首フランジ３２ｂには、図５に示すように、右力覚センサ（第２の力覚センサの一例）３３ｂを介して右ハンド３５ｂ（第２のハンドの一例）が設けられている。右ハンド３５ｂは、ボルトが入った部品箱Ｂ２を把持することができる。
この右ハンド３５ｂは、部品箱Ｂ２の背面を上下方向から挟んで把持する把持爪（第２の把持爪の一例）４４を有している。把持爪４４は、手首フランジ３２ｂの回転軸ＡＸｔｂと交差する開閉軸ＡＸｑ方向に開閉可能に構成されている。なお、図５は、把持爪４４が閉じた状態を示している。
なお、左力覚センサ３３ａ、右力覚センサ３３ｂは、ロボットコントローラ２２を介してシステムコントローラ２４に接続されている。
【００３０】
ここで、搬送台車１２について説明する。搬送台車１２は、双腕マニプレータ１１によって把持されたボルトを収納するための配膳箱Ｂ１を搬送することができる。
搬送台車１２は、台車フレーム５０と、台車フレーム５０に支持され、鉛直軸ＡＸ３回りに回転する回転テーブル５１とを有している。
【００３１】
台車フレーム５０の下部には、キャスタ（不図示）が設けられている。また、台車フレーム５０には、回転テーブル５１の回転角度を割り出す割り出し手段（不図示）と、回転テーブル５１の角度位置を固定する固定手段（不図示）が設けられている。
【００３２】
回転テーブル５１は、円形状の天板５２を有している。天板５２上には、天板５２の外周に沿って、例えば５箇所に複数の配膳箱Ｂ１を収容することができる。配膳箱Ｂ１は、天板５２から上方向に延びる複数のガイドポール５４によって水平方向の位置決めがなされ、例えば１０段積み上げられる。
ここで、配膳箱Ｂ１は、内部が複数の区画（配膳台１３に載っている配膳箱Ｂ１に示したように例えば４区画）に仕切られ、左右両側面に取手５６が設けられた容器である。配膳箱Ｂ１の上部には、背面に設けられたヒンジ５７によって回転可能に支持され、上方向に開く蓋５８が設けられている。蓋５８には、前側に突出した取手５９が設けられている。配膳箱Ｂ１は、例えば、樹脂製のパーツボックスである。配膳箱Ｂ１の各区画には、予め決められた種類のボルトが収容される。
配膳箱Ｂ１の背面には、その配膳箱Ｂ１の区画と、その区画に収納されるべきボルトの種類（例えば、径、長さ、及び材質）及びボルトの数とを対応付ける第１の対応情報が少なくとも格納された図示しない２次元バーコード（情報記憶手段の一例）が貼付されている。なお、２次元バーコードに代えて、１次元バーコードとしてもよい。従って、配膳箱Ｂ１に第１の対応情報が格納された２次元バーコードが直接貼付されているので、配膳箱Ｂ１とその配膳箱Ｂ１に収納されるべきボルトとの対応が明確となる。
【００３３】
また、天板５２には、上方向に延びるハンドルバー６１が複数設けられている。双腕マニプレータ１１は、このハンドルバー６１を左ハンド３５ａの支持部４２で掴んで、回転テーブル５１を鉛直軸ＡＸ３回りに回転させることができる。
更に、搬送台車１２には、バー６３が設けられ、作業者はこのバー６３を持って、搬送台車１２を移動させることができる。配膳箱Ｂ１が載った搬送台車１２は、作業者によって、引き扉３０が設けられた出入口から搬入出される。搬送台車１２は、所定位置に搬入されると、図示しないエアシリンダにより下方から持ち上げられる。その結果、キャスタが浮いた状態となって固定される。
【００３４】
配膳台１３は、双腕マニプレータ１１によって搬送台車１２から取り出された配膳箱Ｂ１が載せられる台である。双腕マニプレータ１１によって部品棚２０に格納された部品箱Ｂ２から取り出されたボルトは、この配膳台１３に載った配膳箱Ｂ１に移載（作業の一例）される。
配膳台１３には、配膳箱Ｂ１が配膳台１３に載せられたことを検出するための在荷センサ（不図示）、配膳台１３に載っている配膳箱Ｂ１の蓋５８の開閉状態を検知するための開閉検知センサ（不図示）、及び配膳箱Ｂ１に設けられた２次元バーコードを読み取るバーコードリーダ（不図示）が設けられている。在荷センサ、開閉検知センサ、及びバーコードリーダは、システムコントローラ２４に接続されている。
また、配膳台１３には、配膳箱Ｂ１の蓋５８を支持する支持部材７０が設けられている。
【００３５】
掻き出し具１５は、双腕マニプレータ１１が部品箱Ｂ２に収容されたボルトを作業台１７上に掻き出すためのツールである。掻き出し具１５は、柄７２と、柄７２の先に設けられた掻き爪７３を有している。掻き爪７３は、根元から先端にかけて湾曲した複数の金属棒により形成されている（図７参照）。柄７２には、左ハンド３５ａのツール把持部４１が把持するためのアダプタ（不図示）が取り付けられている。
掻き出し具１５は、スタンド７５に載せられる。
【００３６】
作業台１７は、双腕マニプレータ１１の可動範囲内に配置され、双腕マニプレータ１１が、部品箱Ｂ２から掻き出したボルトをつまむための台である。
作業台１７は、掻き出されたボルトが載せられる傾動天板８０及び部品箱Ｂ２を仮置きするための部品箱スタンド９０を有している。この傾動天板８０は、例えば、矩形状の板材である。傾動天板８０は、傾動天板８０の長手方向と交差し、傾動天板８０の一端側に設けられた略水平の回転軸ＡＸ４回りに回転することができる。
部品箱スタンド９０は、傾動天板８０の回転軸ＡＸ４が設けられている側の横に設けられている。
従って、双腕マニプレータ１１が、傾動天板８０の他端側を持ち上げると、傾動天板８０は回転軸ＡＸ４を支点にして傾き、その上に載っていたボルトが、部品箱スタンド９０に仮置きされた部品箱Ｂ２に戻るように構成されている。
なお、この部品箱スタンド９０には、部品箱Ｂ２が載せられたことを検出するための在荷センサ（不図示）が設けられている。
【００３７】
２次元カメラ１００は、傾動天板８０の上方に設けられ、作業台１７に載せられたボルトの２次元画像を撮像することができる。２次元カメラ１００は、例えば、画素数４００万画素の２次元モノクロカメラである。
２次元カメラ１００は、スタンド１０５によって、上下方向位置が調整可能に支持される。
なお、スタンド１０５には、２次元カメラ１００の撮像照度を確保するための照明装置１０１が設けられている。
２次元カメラ１００は、画像処理用コンピュータ２６に接続されている。２次元カメラ１００が撮像した画像は、画像処理用コンピュータ２６に送信される。また、２次元カメラ１００はシステムコントローラ２４とも接続されており、システムコントローラ２４により撮像動作等が制御されるようになっている。即ち、システムコントローラ２４は、２次元カメラ１００を制御する撮像制御部の一例として構成されている。
【００３８】
部品棚２０は、部品箱Ｂ２が複数格納される棚である。この部品棚２０は、上下左右方向に複数の区画に仕切られ、前後方向に開口している。従って、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０の前側から部品箱Ｂ２を引き出すことも、作業者が、部品棚２０の後側から部品箱Ｂ２を引き出すこともできる。
【００３９】
ここで、部品箱Ｂ２は、図６に示すように、左右の側面板１２０ａ、１２０ｂ及び背面板１２０ｃが矩形状の底面板１２１の左右及び後ろの縁からそれぞれ上方へと延びて形成されている。前面板１２０ｄは、前方に傾斜し、底面板１２１の縁からその先端までの長さが、左右の側面板１２０ａ、１２０ｂ及び背面板１２０ｃよりも短い。即ち、部品箱Ｂ２は、上面と、前面の上側が開口している。なお、詳細は後述するが、双腕マニプレータ１１により、この前面側からボルトが掻き出される。
【００４０】
各部品棚２０は、例えば左右２列５段の区画に仕切られ、各区画に異なる種類のボルトが入った部品箱Ｂ２が格納される。従って、各部品棚２０が２列５段の区画に仕切られている場合、図１に示す部品ピッキングシステム１０全体としては、部品棚２０は、合計６０種類のボルトを格納することができる。
【００４１】
部品箱Ｂ２は、背面側が双腕マニプレータ１１の方向を向くように（部品箱Ｂ２の前面側が部品ピッキングシステム１０の外側を向くように）格納される。どの区画にどの種類のボルトが入った部品箱Ｂ２が格納されているかを示す第２の対応情報は、予めシステムコントローラ２４に記憶されている。
ここで、システムコントローラ２４に第２の対応情報を記憶させる手順について、詳細に説明する。
この第２の対応情報を記憶させる際のジョブとして、各区画の位置を含む双腕マニプレータ１１の動作教示データがロボットコントローラ２２に記憶されている。
一方、部品棚２０に格納された各部品箱Ｂ２には、収納されるボルトの種類の情報を含むバーコード（又は二次元バーコードでもよい）が貼付されている。双腕マニプレータ１１は、前述の配膳台１３に設けられたバーコードリーダに各部品箱Ｂ２のバーコードを読み取らせる。その後、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２を動作教示データに従って、各区画に部品箱Ｂ２を収納する。この際に、部品箱Ｂ２に付与されたバーコードの情報（少なくともボルトの種類の情報を含む情報）と各区画の位置とが対応づけられ、第２の対応情報としてシステムコントローラ２４に記憶される。
【００４２】
部品棚２０の後側の各区画の横には、部品箱Ｂ２内のボルトが予め決められた量よりも少なくなったことを示すランプ（不図示）が設けられている。作業者は、このランプが点灯している場合には、該当する部品箱Ｂ２を部品棚２０の後側から引き出し、ボルトを補充することができる。
【００４３】
ロボットコントローラ２２は、マニプレータ制御部の一例として構成される。ロボットコントローラ２２は、双腕マニプレータ１１に接続され、双腕マニプレータ１１の動作を制御することができる。
【００４４】
システムコントローラ２４は、ロボットコントローラ２２に接続され、部品ピッキングシステム１０の全体の制御を行うことができる。特に、システムコントローラ２４は、前述のランプの点灯を制御することができる。
また、作業者は、タッチパネル１１０（図３参照）を介してシステムコントローラ２４を操作することができる。システムコントローラ２４は、例えば、プログラマブルロジックコントローラを備えている。
【００４５】
画像処理用コンピュータ２６は、部品検出部の一例として構成される。画像処理用コンピュータ２６は、２次元カメラ１００及びシステムコントローラ２４に接続され、主として、２次元カメラ１００によって撮像された画像を処理することができる。
【００４６】
次に、部品ピッキングシステム１０によるボルトピッキング方法について説明する。このボルトピッキング方法は、図９に示すように、大きくステップＳ１〜Ｓ４に分かれている。ステップＳ１は、双腕マニプレータ１１が配膳箱Ｂ１を搬送台車１２から配膳台１３に移動させるステップである。ステップＳ２は、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０のボルトを配膳箱Ｂ１に移載するステップである。ステップＳ３は、双腕マニプレータ１１が、ボルトが移載された配膳箱Ｂ１を返却するステップである。ステップＳ４は、動作を停止するか否かを判断するステップである。以下、各ステップＳ１〜Ｓ４について順に説明する。
（事前準備）
作業者が、空の配膳箱Ｂ１が載せられた搬送台車１２を出入口から搬入する。前述のように、この搬送台車１２の天板５２には、外周に沿って、例えば５列に配膳箱Ｂ１を積むことができる。ただし、図１に示すように、そのうち少なくとも１箇所（配膳箱１列分の置き場所）は、ボルトが収納された配膳箱Ｂ１を戻すために空けられている。搬入後、搬送台車１２はエアシリンダ（不図示）により持ち上げられ、固定される。作業者は、タッチパネル１１０（図３参照）を操作して、部品ピッキングシステム１０全体を起動する。
【００４７】
（ステップＳ１）
まず、図１０に示す、双腕マニプレータ１１が配膳箱Ｂ１を配膳台１３に移動させるステップＳ１について説明する。なお、図１０は、主要動作のみを示している。
（ステップＳ１−１）
システム起動後、双腕マニプレータ１１は、搬送台車１２上の配膳箱Ｂ１の認識動作を行う。
まず、双腕マニプレータ１１が左ハンド３５ａの支持部４２を使って搬送台車１２のハンドルバー６１を掴む。双腕マニプレータ１１は、天板５２を回転させて、ボルトを収納する空の配膳箱Ｂ１を予め決められた位置まで移動させる。
次に、双腕マニプレータ１１は、右腕１１ｂの右ハンド３５ｂを搬送台車１２に積まれた配膳箱Ｂ１の上方に移動させて停止し、その位置から右ハンド３５ｂを下方へ下ろす。右ハンド３５ｂが配膳箱Ｂ１と接触すると、右力覚センサ３３ｂの出力信号が変化するので、この変化した位置が最上段の配膳箱Ｂ１の位置であると認識することができる。なお、配膳箱Ｂ１の大きさ及び天板５２の高さ位置は、予め分かっているので、最上段の配膳箱Ｂ１の位置が分かれば、積まれた配膳箱Ｂ１の数を知ることができる。
以上の認識動作を各列について繰り返し、システムコントローラ２４は、配膳箱Ｂ１の合計数及び回転テーブル５１上の各列の配膳箱Ｂ１の小計をロボットコントローラ２２を介して認識する。
このように、配膳箱Ｂ１は、専用のセンサを用いることなく、その位置と数が認識される。
【００４８】
（ステップＳ１−２）
双腕マニプレータ１１が、左右のハンド３５ａ、３５ｂを使って配膳箱Ｂ１の取手５６を把持し、ガイドポール５４に沿って、配膳箱Ｂ１をガイドポール５４の先端よりも高く持ち上げる。
次に、双腕マニプレータ１１は、胴体１１ｃを旋回させると共に配膳箱Ｂ１を下方に移動させ、配膳箱Ｂ１を配膳台１３の上に載せる。
【００４９】
（ステップＳ１−３）
配膳台１３に設けられた在荷センサが配膳箱Ｂ１を検出した場合には、システムコントローラ２４は、配膳箱Ｂ１が配膳台１３の上に正常に載せられたものと判断し、次のステップを実行する。
一方、在荷センサが配膳箱Ｂ１を検出しなかった場合には、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理（例えば、一時停止処理）を実行する。
【００５０】
（ステップＳ１−４）
双腕マニプレータ１１が左ハンド３５ａの把持爪３６を蓋５８の取手５９の下面に当て、上方へ移動させることにより、蓋５８を開ける。蓋５８は、蓋５８が閉じた状態から、例えば１００〜１４０度の角度開いた状態で支持部材７０により支持される。
【００５１】
（ステップＳ１−５）
配膳台１３に設けられた開閉検知センサが蓋５８が開いたことを検知した場合には、システムコントローラ２４は、蓋５８が正常に開けられたものと判断し、次のステップを実行する。
一方、開閉検知センサが蓋５８が開いたことを検知しなかった場合には、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理を実行する。
【００５２】
（ステップＳ１−６）
バーコードリーダが配膳箱Ｂ１に貼付された２次元バーコードを読み取る。読み取られた情報（前述の第１の対応情報）は、システムコントローラ２４に送られる。
第１の対応情報を受け取らなかった場合、システムコントローラ２４は、異常が発生したものと判断し、予め決められたアラーム処理を実行する。
【００５３】
（ステップＳ２）
次に、図１１に示す、双腕マニプレータ１１が、部品棚２０のボルトを配膳台１３上の配膳箱Ｂ１に移載するステップＳ２について説明する。なお、図１１は、主要動作のみを示している。
（ステップＳ２−１）
システムコントローラ２４は、受け取った第１の対応情報に基づいて、配膳台１３に置かれている配膳箱Ｂ１の各区画に収納すべきボルトの種類及び数の情報を把握する。
【００５４】
（ステップＳ２−２）
システムコントローラ２４は、ロボットコントローラ２２に対し、該当する種類のボルトが入った部品箱Ｂ２を取りに行くよう、指令を出す。
ロボットコントローラ２２は、この指令に基づいて双腕マニプレータ１１を制御する。双腕マニプレータ１１は、ロボットコントローラ２２からの指令に従い、胴体１１ｃを旋回させて、部品棚２０の予め決められた区画に格納された該当する部品箱Ｂ２を取りに行く。具体的には、双腕マニプレータ１１は、右ハンド３５ｂの把持爪４４により、部品箱Ｂ２の背面板１２０ｃを上下方向から把持し、手前側に引き出して取り出す。
その後、右力覚センサ３３ｂを用いて、部品箱Ｂ２内のボルトの重量が測定される。部品ピッキングシステム１０が起動されてから最初に双腕マニプレータ１１が把持した部品箱Ｂ２の重量は初期重量として、システムコントローラ２４に記憶される。
【００５５】
（ステップＳ２−３）
双腕マニプレータ１１は、胴体１１ｃを旋回させ、作業台１７に正対する。把持している部品箱Ｂ２の前面側を下げ、部品箱Ｂ２を作業台１７の傾動天板８０の上方で傾けた状態で保持する。
【００５６】
（ステップＳ２−４）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａのツール把持部４１を用いて、スタンド７５上に置かれた掻き出し具１５を把持する。
【００５７】
（ステップＳ２−５）
双腕マニプレータ１１は、掻き出し具１５を用いて、部品箱Ｂ２内のボルトを傾動天板８０の上に掻き出す掻き出し動作（図７参照）を行う。ここで、この掻き出し動作について詳細に説明する。なお、図７は、双腕マニプレータ１１がボルトを掻き出す様子を模式化して示し、掻き出し具１５を把持する左ハンド３５ａ及び部品箱Ｂ２を把持する右ハンド３５ｂは、省略されている。
まず、双腕マニプレータ１１が最初の掻き出し動作を行う際は、ボルトが部品箱Ｂ２の底面からどの程度の高さまで入っているか、正確には把握されていない。そこで、左力覚センサ３３ａの出力値を監視しながら部品箱Ｂ２に掻き出し具１５を入れ、左力覚センサ３３ａの出力値が変化した位置、即ち、掻き出し具１５がボルトに接触した位置を、部品箱Ｂ２の底面からの基準高さｈ０とする（図８（Ａ）参照）。双腕マニプレータ１１は、この基準高さｈ０から予め決められた深さ（例えば、０〜５ｍｍ）だけ更に掻き出し具１５を挿し入れて、部品箱Ｂ２の前面側へ動かしてボルトを掻き出す。掻き出すための力加減は、左腕１１ａに設けられた左力覚センサ３３ａの計測値に基づいて調整される。傾動天板８０上のボルトは、後述するように２次元カメラ１００によって撮像され、画像処理される。そのため、ボルトが互いに重なると、２次元画像中のボルトの位置及び姿勢の検出が困難又は不可能となる。従って、掻き出されたボルトは、傾動天板８０上で互いに重ならない程度に散らばっていることが好ましい。本実施の形態においては、２次元画像から位置及び姿勢を最適に検出できる程度のボルトの分量を予め実験等により求めて設定しておき、この予め設定されたボルトの分量だけ、左力覚センサ３３ａの出力値に基づいて掻き出すので、ボルトが傾動天板８０上で重なる可能性を抑制して、２次元画像からより多くのボルトの位置及び姿勢を検出することができる。
このように、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２からボルトを掻き出して作業台１７に供給する部品供給手段として機能することができる。
【００５８】
（ステップＳ２−６）
１回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。なお、この予め決められた量は、右力覚センサ３３ｂの出力に基づいて求められる。従って、例えば重量計のような専用のセンサを設けることなく、予め決められたボルトの量を測定することができる。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、２回目の掻き出し動作を行う。
２回目の掻き出し動作を行う際には、１回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れ、高さｈ１の位置で掻き出す（図８（Ｂ）参照）。
【００５９】
（ステップＳ２−７）
２回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、３回目の掻き出し動作を行う。
３回目の掻き出し動作を行う際には、２回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れて掻き出す。
【００６０】
（ステップＳ２−８）
３回目の掻き出し動作を行った後、掻き出されたボルトが予め決められた量となったものと判断された場合は、ステップＳ２−９が実行される。
一方、掻き出されたボルトが予め決められた量となっていないものと判断された場合は、４回目の掻き出し動作を行う。
４回目の掻き出し動作を行う際には、３回目に掻き出した際の位置よりもより深く（例えば、３〜１０ｍｍ）掻き出し具１５を挿し入れて掻き出す。
４回目の掻き出し動作を行った後は、掻き出されたボルトが予め決められた量となったか否かに関わらず、次のステップＳ２−９が実行される。なお、本実施の形態においては、掻き出し動作は４回を上限としているが、任意の回数に設定することができる。
（ステップＳ２−９）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａで把持した掻き出し具１５をスタンド７５に返却する。
【００６１】
（ステップＳ２−１０）
傾動天板８０上に掻き出された同一種類のボルトは、システムコントローラ２４が制御する２次元カメラ１００によって撮像される。撮像されたボルトの２次元画像は、画像処理用コンピュータ２６によって、例えばエッジ検出され、予め記憶されたボルトのテンプレートと照合することによって、傾動天板８０上に散っている各ボルトの位置及び姿勢が求められる。
ロボットコントローラ２２は、システムコントローラ２４を介して、求められた各ボルトの位置及び姿勢を受け取る。
【００６２】
（ステップＳ２−１１）
ロボットコントローラ２２は、各ボルトの位置及び姿勢に基づいて、双腕マニプレータ１１（左ハンド３５ａの把持爪３６）を動作させる。双腕マニプレータ１１は、把持爪３６をピック軸ＡＸｐ回りに回転させ、適宜ボルトをつまみ易い向きに変更して、把持爪３６にて傾動天板８０上のボルトをつまむ。続いて、双腕マニプレータ１１は、２次元バーコードから読み取られた第１の対応情報に基づいて、つまんだボルトを配膳箱Ｂ１内部の予め決められた区画（第１の対応情報によって対応付けられた区画）に移載する。
本ステップは、第１の対応情報に含まれるボルトの数量分繰り返され、同一種類のボルトが、予め決められた区画に予め設定された数量分収められる。
また、左ハンド３５ａによってボルトを移載している間、右ハンド３５ｂによって把持されていた部品箱Ｂ２は、作業台１７の部品箱スタンド９０に仮置きされる。
なお、部品箱スタンド９０の在荷センサによって、部品箱Ｂ２が置かれていないと判断された場合には、双腕マニプレータ１１は、動作を一時停止する。
本ステップは、移載動作停止条件を満たすまで繰り返される。この移載動作停止条件は、１）２次元バーコードによって指示された数のボルトが配膳箱Ｂ１に収納されること、又は２）途中で傾動天板８０上のボルトが不足すること、である。
【００６３】
（ステップＳ２−１２）
移載動作停止条件を満たした場合、双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａの支持部４２を使って傾動天板８０を掴み、回転軸ＡＸ４回りに傾動天板８０を回転させて傾ける。これにより、傾動天板８０上のボルトが部品箱スタンド９０上の部品箱Ｂ２に戻される。その際、双腕マニプレータ１１は、部品箱Ｂ２が動かないように、右ハンド３５ｂにて部品箱Ｂ２を押さえる。
このように、双腕マニプレータ１１が傾動天板８０を傾けてボルトを部品箱Ｂ２に戻すので、ボルトを部品箱Ｂ２に戻すための専用の機構を設ける必要がない。
【００６４】
（ステップＳ２−１３）
２次元バーコードによって指示された数のボルトが配膳箱Ｂ１に収納されて停止した場合（移載動作停止条件１）を満たした場合）には、次のステップＳ２−１４が実行される。
一方、途中で傾動天板８０上のボルトが不足した場合（移載動作停止条件２）を満たした場合）には、ステップＳ２−４にて掻き出し具１５を把持し、ステップＳ２−５以降が数量が第１の対応情報に含まれるボルトの数量に達するまで繰り返し実行される。
【００６５】
（ステップＳ２−１４）
双腕マニプレータ１１は、右ハンド３５ｂにて部品箱Ｂ２を把持し、この部品箱Ｂ２を元の部品棚２０に返却する。最後のボルトを配膳箱Ｂ１に移載後、部品箱Ｂ２を元の部品棚２０に格納する前に、システムコントローラ２４は、右腕１１ｂの右力覚センサ３３ｂの出力信号に基づいて、その部品箱Ｂ２に残っているボルトの重量を測定する。従って、例えば重量計のような専用のセンサを設けることなく、部品箱Ｂ２に残っているボルトの重量を測定することができる。
残ったボルトの重量が、予め決められた値よりも小さいと判断した場合には、システムコントローラ２４は、部品棚２０の該当するランプを点灯させる。例えば、ステップＳ２−２において記憶した初期重量の８０％以下となった場合に、システムコントローラ２４は、該当するランプを点灯させる。これにより、作業者は、部品箱Ｂ２内のボルトを補充する時期を確認することができる。
【００６６】
（ステップＳ２−１５）
システムコンロトーラ２４は、配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載されたか否かを判断する。
配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載された場合には、次のステップＳ３が実行される。
配膳箱Ｂ１の各区画に全ての種類のボルトが移載されていない場合には、双腕マニプレータ１１は、別の種類のボルトを配膳箱Ｂ１へ移載するため、ステップＳ２−２〜ステップＳ２−１４を繰り返す。
【００６７】
（ステップＳ３）
次に、図１２に示す、双腕マニプレータ１１が、ボルトが移載された配膳箱Ｂ１を返却するステップＳ３について説明する。
（ステップＳ３−１）
双腕マニプレータ１１は、左ハンド３５ａの把持爪３６を下向きに曲げる。双腕マニプレータ１１は、この把持爪３６を支持部材７０に支持された蓋５８の取手５９に当て、手前側へ移動させることにより、蓋５８を閉める。
【００６８】
（ステップＳ３−２）
搬送台車１２の空きスペースに配膳箱Ｂ１を置くため、双腕マニプレータ１１は左ハンド３５ａを使ってハンドルバー６１を掴み、回転テーブル５１の天板５２を回転させて、予め決められた位置まで移動させる。
双腕マニプレータ１１が、左右のハンド３５ａ、３５ｂを使って配膳箱Ｂ１の取手５６を把持し、配膳箱Ｂ１を持ち上げながら搬送台車１２の方向に胴体１１ｃを旋回させる。双腕マニプレータ１１は、ガイドポール５４に沿って、配膳箱Ｂ１を降ろし、回転テーブル５１の天板５２に置く。
【００６９】
（ステップＳ４）
ステップＳ３−２が完了後、部品ピッキングシステム１０は、搬送台車１２に載せられた全ての配膳箱Ｂ１についてステップＳ１−２〜ステップＳ３−２を繰り返す（図９参照）。
【００７０】
このように、ステップＳ１〜Ｓ４を経て、部品ピッキングシステム１０は、２次元カメラ１００と双腕マニプレータ１１を用いて、部品棚２０から必要な種類のボルトを予め設定された数量だけ取り出し、搬送台車１２上に載せられた配膳箱Ｂ１に収納することができる。なお、前述の一連の動作は、順次行わずに、可能な場合には並行して行ってもよい。
ボルトが収納された配膳箱Ｂ１が載せられた搬送台車１２は、出入口から搬出される。
【００７１】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７２】
配膳箱Ｂ１は、搬送台車１２によって搬送されているが、コンベヤによって搬送されてもよい。
情報記憶手段は、２次元バーコードに限られるものではない。情報記憶手段の他の例として、ＩＣタグが挙げられ、バーコードリーダに代えて、ＩＣタグリーダとすることができる。
部品は、ボルトに限られるものではないことは明らかである。他の部品の一例として、電子部品が挙げられる。
左腕１１ａ及び右腕１１ｂは、７軸の多関節マニプレータに限定されるものではなく、７軸以上の多関節マニプレータであればよい。
また、前述の実施の形態における双腕マニプレータ１１は、部品供給手段の一例としても構成されている。しかし、部品の移載作業を行うマニプレータとは別に、作業台上に部品を供給する部品供給手段を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
９：作業装置、１０：部品ピッキングシステム、１１：双腕マニプレータ、１１ａ：左腕、１１ｂ：右腕、１１ｃ：胴体、１２：搬送台車、１３：配膳台、１５：掻き出し具、１７：作業台、２０：部品棚、２２：ロボットコントローラ、２４：システムコントローラ、２６：画像処理用コンピュータ、３０：引き扉、３１：防護壁、３２ａ：手首フランジ、３２ｂ：手首フランジ、３３ａ：左力覚センサ、３３ｂ：右力覚センサ、３５ａ：左ハンド、３５ｂ：右ハンド、３６：把持爪、４１：ツール把持部、４２：支持部、４４：把持爪、５０：台車フレーム、５１：回転テーブル、５２：天板、５４：ガイドポール、５６：取手、５７：ヒンジ、５８：蓋、５９：取手、６１：ハンドルバー、６３：バー、７０：支持部材、７２：柄、７３：掻き爪、７５：スタンド、８０：傾動天板、９０：部品箱スタンド、１００：２次元カメラ、１０１：照明装置、１０５：スタンド、１１０：タッチパネル、１２０ａ：側面板、１２０ｂ：側面板、１２０ｃ：背面板、１２０ｄ：前面板、１２１：底面板、１５０：制御システム、Ｂ１：配膳箱、Ｂ２：部品箱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニプレータと、
前記マニプレータの可動範囲内に配置された作業台と、
前記作業台に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置と、
予め設定された分量だけ、前記作業台に部品を供給する部品供給手段と、
前記マニプレータ及び前記撮像装置の動作を制御する制御システムとを備え、
前記制御システムは、前記部品供給手段により前記分量の部品が前記作業台上に供給されると、該作業台上の部品の２次元画像を撮像するように前記撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記撮像装置によって撮像された２次元画像と予め記憶された部品のテンプレートとを照合して、前記作業台上の部品の位置及び姿勢を検出する部品検出部と、
前記マニプレータを動作させて前記部品検出部で検出された部品に対して作業を行なうマニプレータ制御部とを有する作業装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業装置において、前記マニプレータを動作させて行う作業は、前記マニプレータが部品を把持して、予め設定された数量αだけ移載する移載作業である作業装置。
【請求項３】
請求項２記載の作業装置において、前記マニプレータ制御部は、前記部品検出部で検出された部品の数量が前記数量αより少ない場合には、
前記部品検出部で検出された部品の移載が終了した後、前記マニプレータを動作させて前記作業台上に残った部品を除去して、再度、１）前記部品供給手段を動作させて前記作業台に部品を供給し、２）前記撮像制御部及び前記部品検出部を動作させて該部品検出部で検出された部品を移載する動作を、移載した部品の数量が前記数量αに達するまで繰り返し実行する作業装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業装置において、前記マニプレータは、旋回する胴体、並びに該胴体に設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する双腕マニプレータであって、該双腕マニプレータは前記部品供給手段も兼ねている作業装置。
【請求項５】
請求項４記載の作業装置と、
複数の部品が種類毎に分けられてそれぞれ収容される複数の部品箱を格納する部品棚と、
部品を前記部品箱から掻き出す掻き出し具と、
内部が複数の区画に分けられた配膳箱が載せられる配膳台とを備え、
前記作業装置の前記双腕マニプレータは、前記第１のアームの先端に、第１の力覚センサを介して、部品をつまむ第１の把持爪及び前記掻き出し具を把持するツール把持部が設けられた第１のハンドと、前記第２のアームの先端に、第２の力覚センサを介して、前記部品箱を把持する第２の把持爪が設けられた第２のハンドとを有し、
前記双腕マニプレータは、前記第２の把持爪を用いて前記部品棚から前記部品箱を取り出して把持し、前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を用いて該部品箱から部品を前記作業台上に掻き出す掻き出し動作を行い、前記第１の把持爪を用いて該作業台上に掻き出された部品をつまんで、前記配膳台に載せられた前記配膳箱の予め決められた区画に移載する部品ピッキングシステム。
【請求項６】
請求項５記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記掻き出し動作は、前記部品箱に前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を入れ、前記第１の力覚センサの出力が変化した位置から前記掻き出し具を予め決められた深さだけ挿し入れて部品を掻き出し、予め決められた量の部品が掻き出されなかった場合には、前記掻き出し具をより深く挿し入れて再度部品を掻き出す動作である部品ピッキングシステム。
【請求項７】
請求項６記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記予め決められた量は、前記第２の力覚センサの出力に基づいて求められる部品ピッキングシステム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳台、前記作業台、及び前記部品棚が、前記双腕マニプレータの胴体の旋回軸を中心とした円の周方向に、順に配置された部品ピッキングシステム。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳箱の予め決められた区画に収容される部品の種類及び数の情報は、前記配膳箱に設けられた情報記憶手段に格納される部品ピッキングシステム。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記作業台は、一方向に傾動する傾動天板と、
前記傾動天板が傾動する側に設けられ、前記部品箱が載せられる部品箱スタンドと、を有する部品ピッキングシステム。
【請求項１】
マニプレータと、
前記マニプレータの可動範囲内に配置された作業台と、
前記作業台に載せられた部品の２次元画像を撮像する撮像装置と、
予め設定された分量だけ、前記作業台に部品を供給する部品供給手段と、
前記マニプレータ及び前記撮像装置の動作を制御する制御システムとを備え、
前記制御システムは、前記部品供給手段により前記分量の部品が前記作業台上に供給されると、該作業台上の部品の２次元画像を撮像するように前記撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記撮像装置によって撮像された２次元画像と予め記憶された部品のテンプレートとを照合して、前記作業台上の部品の位置及び姿勢を検出する部品検出部と、
前記マニプレータを動作させて前記部品検出部で検出された部品に対して作業を行なうマニプレータ制御部とを有する作業装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業装置において、前記マニプレータを動作させて行う作業は、前記マニプレータが部品を把持して、予め設定された数量αだけ移載する移載作業である作業装置。
【請求項３】
請求項２記載の作業装置において、前記マニプレータ制御部は、前記部品検出部で検出された部品の数量が前記数量αより少ない場合には、
前記部品検出部で検出された部品の移載が終了した後、前記マニプレータを動作させて前記作業台上に残った部品を除去して、再度、１）前記部品供給手段を動作させて前記作業台に部品を供給し、２）前記撮像制御部及び前記部品検出部を動作させて該部品検出部で検出された部品を移載する動作を、移載した部品の数量が前記数量αに達するまで繰り返し実行する作業装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業装置において、前記マニプレータは、旋回する胴体、並びに該胴体に設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する双腕マニプレータであって、該双腕マニプレータは前記部品供給手段も兼ねている作業装置。
【請求項５】
請求項４記載の作業装置と、
複数の部品が種類毎に分けられてそれぞれ収容される複数の部品箱を格納する部品棚と、
部品を前記部品箱から掻き出す掻き出し具と、
内部が複数の区画に分けられた配膳箱が載せられる配膳台とを備え、
前記作業装置の前記双腕マニプレータは、前記第１のアームの先端に、第１の力覚センサを介して、部品をつまむ第１の把持爪及び前記掻き出し具を把持するツール把持部が設けられた第１のハンドと、前記第２のアームの先端に、第２の力覚センサを介して、前記部品箱を把持する第２の把持爪が設けられた第２のハンドとを有し、
前記双腕マニプレータは、前記第２の把持爪を用いて前記部品棚から前記部品箱を取り出して把持し、前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を用いて該部品箱から部品を前記作業台上に掻き出す掻き出し動作を行い、前記第１の把持爪を用いて該作業台上に掻き出された部品をつまんで、前記配膳台に載せられた前記配膳箱の予め決められた区画に移載する部品ピッキングシステム。
【請求項６】
請求項５記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記掻き出し動作は、前記部品箱に前記ツール把持部にて把持した前記掻き出し具を入れ、前記第１の力覚センサの出力が変化した位置から前記掻き出し具を予め決められた深さだけ挿し入れて部品を掻き出し、予め決められた量の部品が掻き出されなかった場合には、前記掻き出し具をより深く挿し入れて再度部品を掻き出す動作である部品ピッキングシステム。
【請求項７】
請求項６記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記予め決められた量は、前記第２の力覚センサの出力に基づいて求められる部品ピッキングシステム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳台、前記作業台、及び前記部品棚が、前記双腕マニプレータの胴体の旋回軸を中心とした円の周方向に、順に配置された部品ピッキングシステム。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記配膳箱の予め決められた区画に収容される部品の種類及び数の情報は、前記配膳箱に設けられた情報記憶手段に格納される部品ピッキングシステム。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１項に記載の部品ピッキングシステムにおいて、前記作業台は、一方向に傾動する傾動天板と、
前記傾動天板が傾動する側に設けられ、前記部品箱が載せられる部品箱スタンドと、を有する部品ピッキングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−５１０５６（Ｐ２０１２−５１０５６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４５５９（Ｐ２０１０−１９４５５９）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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